浅谈粉喷桩的施工

时间日期：2002-7-3 已被阅读次：[9389]

广东佛山地质工程勘察院基础工程公司　李锋

　　粉喷桩是用于加固饱和软粘土地基的一种新方法。它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

　　粉喷桩适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kpa的粘性土和粉性土等地基。珠江三角洲和广东沿海一带软土层分布范围广、土层厚度大，其特点主要是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数低、沉降稳定时间长，给工程施工带来一定困难。粉喷桩作为一种较新型的软基处理技术，适用于这类软弱地基加固方法，加固效果明显，回固后可很快投入使用，满足了经济合理、缩短工期的要求，并已广泛应用于高等级公路、铁路、港口码头、市政工程等大型建筑中。

　　我公司(广东佛山地质工程勘察院基础工程公司)自1997年以来，先后进行了大量粉喷桩工程施工，如广州市环城高速公路东南西环D12标，国道324线海丰穿城改线工程软基处理等，均取得了显著的效果。现结合实际施工经验谈谈粉喷桩的施工。

　　一、材料和机械设备

　　1.材料：一般选用32.5MPa普通硅酸盐水泥作固化剂，对桩身强度要求高、受力条件不利或成桩龄期较短的桩体，宜选用高强度早强水泥。每批水泥到场之前都必须有出厂检验合格单，并按一定比例随机送检，检验其强度、安定性、细度、凝结时间等物理力学性质指标。

　　2.机械设备

　　(1)深层搅拌机：采用上海探矿厂生产的GPF－5型或铁道部武汉工程机械研究所生产的PH－5型桩机；

　　(2)粉体发送器，如YP－1型；

　　(3)空气压缩机：Q>1m3/min；

　　(4)发电机组：P≥75kW；

　　(5)搅拌钻头：直径Φ500～700mm，钻头的型式应保证在反向旋转提升时，对加固土体有压密作用。

　　二、施工准备

　　1.工程资料收集：工程施工前，应取得下列资料：

　　(1)工程地质详细勘察资料，必要时补充勘察；

　　(2)建筑物平面布置总图、基础平面图等有关图表；

　　(3)粉喷桩设计说明、技术要求及桩位布置图；

　　(4)测量控制点(线)位置和座标；

　　(5)地下地上障碍物情况及相邻建筑物有关资料。

　　2.清表、平整场地

　　场地清理应做到清除场地内树根、杂草、有机质、腐泥等，清除有碍成桩的块石、混凝土块等硬质杂物，将原凹凸不平的地面回填整平，在其上按设计要求铺垫中粗砂工作垫层。

　　3.配比试验

　　现场取样，保持湿度，带回室内制备不同配比的试件(试块模型70.7mm×70.7mm×70.7mm)，进行7天龄期无侧限抗压强度试验，选取符合设计强度的配比作为今后施工的配比依据。

　　4.成桩试验粉喷桩施工前必须进行成桩工艺性试验，并取得满足设计喷入量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气(粉)压力、单位时间喷入量，确定搅拌的均匀性，并根据地层、地质情况掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。成桩工艺性试验桩不应少于5根。

　　三、粉喷桩施工工艺

　　1.桩位放样

　　施工前根据导线点，定出基轴线及其垂直线，按施工顺序排桩放样，布置出所有桩位并测量桩位标高，桩位布放误差≤2cm。

　　2.装料

　　将水泥提前装入储灰罐，装料时必须筛网过筛，入罐水泥最大粒度不能超过5mm，不得有纸屑、塑料布、石头、钢球等杂物，以免造成管道堵塞，有碍成桩。

　　3.桩机对位

　　按施工顺序，移动桩机就位，利用支腿油缸调平桩机，使桩机倾斜小于1.5％，检查钻头直径，磨损≤1cm，使钻头对准桩位，误差≤5cm。

　　4.钻杆下沉钻进

　　启动电机，空压机送气，使钻头沿导轨下沉钻进，钻至接近设计深度时，应用低档慢速钻，目的是让土体充分松动。同时注意工作电流的变化，不能大于额定电流。如遇地下障碍物钻进困难时，应查明障碍物情况，不得强行施工。

　　5.提升搅拌

　　钻进到位后，反向施转钻头，开启粉体发送器喷粉，按规定的速度提升钻头，边喷边搅拌，同时保持喷粉空气压力为0.3～0.4Mpa，流量20L/s，当提升至设计停灰标高时，停止喷粉，慢速原地搅拌1～2min。

　　注意事项：

　　(1)钻头钻至设计深度，确认送灰至孔底才能上提搅拌。

　　(2)操作粉体发送的人员应时刻观察压力变化及管路的送粉情况，若发现管道漏气或堵管应立即停止喷粉。

　　(3)时刻观察喷粉记录量仪，及时记录异常情况，以利于确定补救措施。保证每根桩及每米段的喷粉量，每米喷粉量偏差±5％。

　　6.复搅下沉

　　为保证软土与水泥粉搅拌均匀，关闭粉体发送器，开启空压送气，再次将钻头下沉至设计深度。

　　7.提升搅拌

　　重复步骤5。当钻头提升到地面以下50cm时，粉体发送器停止喷灰。整桩完工后，应及时检查喷粉记量仪及喷粉记录，若喷粉量不足时，应整桩复打，复打的喷粉量应不少于设计用量。若局部喷粉量不足，须部分复打，复打重叠孔段大于1m。

　　8.成桩段位

　　移位下钻前，须清除钻头上余泥。

　　四、施工记录

　　粉喷桩施工过程中，应及时、详细记录水泥强度等级桩号、钻进起止时间、钻进速度、提升速度、喷粉量、压力、停灰标高等参数，并注明工程名称、施工单位、施工日期、施工机长、施工员等内容。严禁填写回忆录式表格。记录表要有专人记录、当天汇总。完工后装钉成册，归档保存。

　　记录表格式一般由监理提供，也可采用表1所示格式。　　五、现场技术质量管理

　　1.现场技术管理人员必须跟班管理，跟踪检查施工过程及加固效果，严格按设计要求及施工规范施工。并经常向监理、设计、建设、质检方报告工程情况，共同监督工程质量。

　　2.严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。施工中要对原材料进行定期、定批量随机抽查，凡是不合格的原材料一律不准使用。

　　3.粉喷桩施工应根据成桩试验确定的技术参数进行。操作人员应随时记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。

　　4.施工中如遇停电、机械故障等原因喷粉中断时，必须复打，复打重叠孔段应大于1m。

　　5.严格控制喷粉标高和停粉标高。不得中断停粉，确保桩体长度，严禁在尚未喷粉的情况下提升钻杆。

　　6.钻头直径磨损量不得大于1cm。

　　7.当施工现场所用水泥品种、强度等级同室内试验所用的不同时，为保证粉喷桩强度满足设计要求，对每一批不同规格的水泥应备样进行配比试验。

　　8.储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg，当储灰量不足时，不得对下一根桩开始施工。

　　9.完工后清理出桩头，对柱位全面复测，如出现遗漏及时补桩，对桩位偏差超过设计或规范要求的桩记录汇总，据情况确定是否补桩。

　　六、工程检测与验收

　　粉喷桩工程检验包括施工质量检验及加固效果检验。施工质量检验内容包括①桩数、桩径、桩深、粉体材料必须符合设计要求。②桩身强度必须符合设计要求。③桩位偏移、桩径及垂直度应在规范允许偏差范围内；加固效果检验包括桩体质量检验和复合地基检验。具体检验包括以下项目。

　　1.查施工记录

　　检查施工过程所有记录，重点检查桩长、垂直度、水泥喷粉量等项目。对不符合设计要求的桩应进行补钻。

　　2.开挖检验

　　按已完工桩数的2％随机抽检，开挖桩头深约0.5m，一般以设计桩位布置形式(正三角形或正方形)为一组，测量桩径、桩间距，检查桩头强度。如发现桩位偏差过大，桩头强度偏低等情况，应采取有效补救措施。

　　3.抽芯检验

　　在成桩28天后，按总桩数的2％抽检桩体。采用金刚石钻头，直径不小于101mm，取芯率达到90％，钻孔偏斜<1％，抽芯孔位置距桩中心15cm左右，深度应超过桩长1m，注意桩端土层是否与设计要求的桩端持力层相符。在桩体上、中、下各取芯样1件，一根桩取3件试样进行无侧限抗压强度试验。试样可制成立方体或与直径等高的圆柱体，其无侧限抗压强度应高于设计要求。

　　4.静载试验

　　静载试验应在28天后进行，检验点数占成桩数的0.2％且不少于3个点，可进行桩土复合地基静载试验或单桩静载试验，复合地基静载试验的压板面积应与桩加固元面积相等。单桩静载试验，在桩顶上做一个桩帽，以使受力均匀。

　　粉喷桩通常是摩擦桩，试验结果一般不出现明显的拐点，容许承载力可按沉降的变形条件选取。单桩或复合地基承载力应高于设计要求。

　　5.工程验收

　　工程验收由建设方组织，设计、监理、质检、施工等单位参加，按设计及施工规范要求对工程质量验收，评定工程质量等级。工程验收时应提供材料试验报告，开工报告、试桩报告、施工原始记录、施工质量检验报告等资料。

　　粉喷桩检验项目及检验标准见表2。　　6.沉降、位移观测

　　工程完工后，定期进行沉降、侧向位移等观测。选取一定的基准点或预设沉降观测点，定期观测、记录，检验加固效果。

　　七、施工中常见问题和处理方法

　　1.桩体施工中，钻机出现不正常振动、晃动、倾斜、移位等现象，电流值偏高，其原因可能是土质太硬或遇到旧基础，石块。若土质太硬改用慢档钻进，并沿钻杆向土壤中浇少量水，减少部分阻力。若遇到旧基础、石块必须挖除，重新回填砂并压实后再钻。

　　2.钻头喷口堵塞，其原因可能是喷口粘结粉、泥后变小，或是粉料中混有杂物。处理方法是提出钻头，掏出喷口堵塞物。掏动时应特别小心，注意防止突然喷出的粉体喷入人的眼或口中。

　　3.土层强度较低而主机电流却偏大，其原因是电路故障。处理方法是拧紧电线接头，调高电压。

　　4.送灰过程中压力突然下降，灰罐加不上压，其原因可能是灰罐内水泥粉体已喷完，或管道、容器漏气。处理方法是将钻头下至一定深度，重新加料复打，保证成桩质量。

　　5.桩偏位、桩身倾斜，原因是钻杆平台倾斜，导致钻杆倾斜。处理方法是重新调整钻杆平台，或支腿下垫枕木，保证钻杆垂直。

　　6.喷粉量不足、喷粉量不均匀，其原因可能是提升过快或粉体发送器转速不均匀。处理方法是降低提升速度及调整粉体发送器转速。

　　7.设计上要求搭接的桩体，因停电、机械故障而超过允许间隔时间，应征得设计部门同意，采取适宜的补救措施。

　　八、粉喷桩的适用性

　　粉喷桩的加固效果，不仅受加固料(水泥强度等级、矿物成分、掺入比)及外掺剂的影响，还与软土的矿物成分、有机质含量及地下水的侵蚀性等因素有关。一般情况下，含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较高，而含有伊里石、氯化物和水铝英石等粘土矿物的软土，及有机质含量高、酸碱度(PH值)较低的粘性土加固效果较差。地下水具侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。在施工过程中，根据软土层的实际情况，选用合适的施工工艺，也可达到较好的加固效果。

　　工程实例

　　1.改进成桩工艺达到加固效果广州某高等级公路，设计采用粉喷桩加固，正三角形布桩，涵洞位置桩距1.2m，其余部位距1.5～1.8m，桩径Φ500mm，采用425＃普通硅酸盐水泥，掺入比14％，要求加固后水泥土28天强度不小于1.2MPa。场区内土层软弱，含水量高，抗剪强度低，地层剖面见图2。

　　设计要求桩长进入粉土0.5m，实际施工时发现，第③层粘土呈白色，质纯，具强粘性，上提喷粉时水泥粉难以喷入，每次喷入量仅12～15kg/m，且经常堵塞钻头，造成施工困难，经过反复试验，我们决定改进成桩工艺。当下钻至粘土层时，增大气压，钻头在该层上下搅动，使粘土充分松动，来回搅动3次以后再钻至设计深度。上提喷粉至该层粘土时，降低提升速度至0.5m/min，增大喷粉压力0.05MPa，水泥粉可以顺利喷入，并达到设计喷粉量。经抽芯检验，该层粘土搅拌均匀，水泥土无侧限抗压强度1.5MPa，达到了设计要求。

　　2.粉喷桩在松散填土中的应用

　　南海市新美玩具厂拟建两栋5层厂房，占地面积2600m2，场地原为鱼塘、洼地，经人工回填粘性土，填土厚5～6m，松散，未压实，承载力低，地层剖面见图3。

　　设计采用粉喷桩加固后扩展式筏基，粉喷桩桩径Φ550mm，采用425＃普通硅酸盐水泥，掺入比15％，桩长进入细砂1.0m，2次搅拌，单桩荷载120kN。试桩结果显示，人工填土极为松散，成桩效果差，搅拌不均匀，水泥土固结强度低。经与设计、建设方商议，将原设计更改为掺入比18％，3次搅拌，降低提升速度至0.5m/min。

　　施工过程中，松散填土在不断搅拌和空气压力下，产生自然密实下沉，形成空洞，同时，不断向孔内回填粗砂，边搅拌，边回填提升，直至成桩。

　　由于填土松散，地表压力小，水泥粉容易向外吹走，回填土中混杂有生活垃圾、砖块等，对加固后水泥土强度有一定影响。基槽开挖时，一般根据施工记录和钎探检验，对有疑问的桩进行水泥土强度检查，如强度不足即将软弱部分挖除，回填混凝土或砂浆。

　　该厂房已建成投入使用2年，进行了定期沉降观测，累计沉降量47.3～74.6mm。各观测点沉降较均匀，建筑物未产生裂缝，正常使用。

　　3.粉喷桩在地下水具侵蚀性软土中的适用性广东某高等级公路高路堤路段，路堤填土最高7.2m，设计采用粉喷桩加固，正方形布桩，桩距1.5m，桩径Φ500mm，掺入比14％，要求加固后水泥土28天抗压强度不小于1MPa，单桩荷载120kN。地层剖面见图4

　　淤泥层主要物理力学性质指标：含水量W=65.7％，孔隙比e=1.765，凝聚力C=7.0KPa，内摩擦角Ψ=4.9，压缩模量Es=1.69Mpa，局部富含有机质。

　　场地粉砂层含水量十分丰富，采取一个水样进行化验，其分析结果见表3。

　　根据水质分析结果，依据《公路工程地质勘察规范》(JTJ064－98)判定，地下水对砼是分解类碳酸型强腐蚀。

　　鉴于本场地地下水对砼具侵蚀性，且附近无粉喷桩施工经验，我们建议设计部门进行成桩试验，以确定粉喷桩的适用性。成桩试验共10根，采用425＃普通硅酸盐水泥，按设计要求进行施工，桩长进入粉砂层1.0m，成桩28天后进行抽芯检验。抽芯结果显示，富集有机质的淤泥中局部水泥土胶结较差，芯样易散碎，粉砂层的成桩效果更差，其中有5根桩粉砂层无水泥胶结，3根部分胶结，2根胶结一般。其原因，可能是因为地下水十分丰富，且对砼有碳酸型强腐蚀，水泥粉未胶结或结胶不完全时已被地下水分解。试桩证明粉喷桩在本场地是不适用的，经我们建议，改用振冲碎石桩进行软土处理，亦达到了预期效果。

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